張繼亮

(泰能天然氣有限公司, 山東 青島 266000)

1 基于鐵塔的智能監(jiān)測(cè)整體思路

堅(jiān)持優(yōu)先利用存量資源,能共享的資源不新建的原則,利用通信鐵塔(簡(jiǎn)稱鐵塔)和通信基站資源,提高資源利用率,極大地降低了系統(tǒng)的建設(shè)和維護(hù)成本[1]。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采用分布式采集、集約化處理的扁平化架構(gòu),建設(shè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心,提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)健性和數(shù)據(jù)安全性,降低基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)成本。監(jiān)測(cè)對(duì)象種類繁多、任務(wù)場(chǎng)景復(fù)雜,兼顧系統(tǒng)成本和可靠性等要求,傳感器采用多功能綜合傳感器設(shè)計(jì)。傳感器設(shè)計(jì)面向任務(wù)需求,具有綜合感知能力,實(shí)現(xiàn)全域感知,綜合利用衛(wèi)星等傳感平臺(tái),構(gòu)建立體化多層傳感體系,實(shí)現(xiàn)能源、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等行業(yè)智能化應(yīng)用。鐵塔監(jiān)測(cè)整體思路見(jiàn)圖1。

圖1 鐵塔監(jiān)測(cè)整體思路

2 基于鐵塔的智慧燃?xì)夤芫€監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 需求分析

燃?xì)夤艿李I(lǐng)域存在打孔盜氣問(wèn)題屢禁不絕。輸氣管道分布廣、監(jiān)管難度大[2],人防投入巨大,巡護(hù)存在空窗期,難以做到巡護(hù)無(wú)盲區(qū)、全覆蓋,不能實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)、實(shí)時(shí)告警、實(shí)時(shí)響應(yīng)等[3]。傳統(tǒng)監(jiān)控存在很多弊端,據(jù)美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)研究室統(tǒng)計(jì),用人眼盯著視頻監(jiān)控錄像12 min,被忽略掉的信息大約60%,看錄像24 min,忽略掉95%的信息。視頻監(jiān)控能做到留存,但大量冗余信息會(huì)造成時(shí)間和成本浪費(fèi)。

多元化的人防+技防,可以實(shí)現(xiàn)全天實(shí)時(shí)監(jiān)控,通過(guò)智能分析識(shí)別潛在風(fēng)險(xiǎn)事件(盜氣、挖掘機(jī)等大型施工車輛進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域)、實(shí)時(shí)警告,防止盜氣和第三方施工破壞的發(fā)生[4]。事中,通過(guò)潛在風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)智能行為分析,主動(dòng)告警、遠(yuǎn)程語(yǔ)音驅(qū)離,聯(lián)動(dòng)巡線人員實(shí)地處理,并對(duì)整個(gè)事件發(fā)生過(guò)程全過(guò)程錄像取證,方便事后追溯[5]。

2.2 總體架構(gòu)

利用燃?xì)夤艿乐苓吋扔需F塔資源,通過(guò)在鐵塔高處安裝長(zhǎng)焦高清夜視攝像機(jī)搭建監(jiān)控點(diǎn)位,通過(guò)預(yù)置攝像機(jī)掃描路徑對(duì)輸氣管道進(jìn)行24 h循環(huán)視頻監(jiān)控[6]。通過(guò)專網(wǎng)接入將視頻流上傳到監(jiān)控中心服務(wù)器保存,用于后期取證。利用視頻識(shí)別技術(shù)對(duì)各監(jiān)控點(diǎn)畫(huà)面進(jìn)行實(shí)時(shí)分析,對(duì)管道附近的人工和機(jī)械取土挖掘作業(yè),以及管道周邊一定范圍內(nèi)定向鉆孔等高度疑似行為啟動(dòng)實(shí)時(shí)拍照錄像報(bào)警機(jī)制,經(jīng)監(jiān)控人工核實(shí)后及時(shí)通過(guò)平臺(tái)分發(fā)出警任務(wù)。在輸氣管道兩側(cè)一定范圍內(nèi)設(shè)置電子圍欄,針對(duì)不同路段設(shè)置不同人數(shù)、停留時(shí)間的預(yù)警閾值,一旦出現(xiàn)人員密集或停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)現(xiàn)象,將觸發(fā)拍照錄像報(bào)警機(jī)制,從而形成一整套點(diǎn)線面相結(jié)合的遠(yuǎn)距離監(jiān)控及預(yù)警系統(tǒng)[7-10]。從違法場(chǎng)景監(jiān)測(cè)到出警任務(wù)派發(fā),全業(yè)務(wù)流程實(shí)現(xiàn)信息化,智慧燃?xì)夤芫€監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 智慧燃?xì)夤芫€監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

① 設(shè)備層

通信鐵塔資源分布廣、密度大,可以被柵格化綜合感知系統(tǒng)充分利用,實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的全面覆蓋。

通過(guò)多點(diǎn)預(yù)置位巡航的方式,單站的光電傳感設(shè)備能實(shí)現(xiàn)360°全方位監(jiān)測(cè)。

本項(xiàng)目燃?xì)夤艿辣O(jiān)測(cè)涉及青島市城陽(yáng)、李滄、嶗山和市北,結(jié)合已有基站點(diǎn)位,綜合考慮超長(zhǎng)距離攝像對(duì)塔身晃動(dòng)的要求,以1.5 km為各監(jiān)控點(diǎn)覆蓋半徑,初步設(shè)置32個(gè)監(jiān)控點(diǎn)(高空攝像機(jī)32臺(tái),其中全景攝像機(jī)3臺(tái)、高倍球機(jī)29臺(tái)),以取得覆蓋距離和攝像效果之間的平衡。高空攝像機(jī)安裝點(diǎn)位見(jiàn)圖3。高空攝像機(jī)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 高空攝像機(jī)參數(shù)

圖3 高空攝像機(jī)設(shè)置點(diǎn)位

高倍球機(jī)實(shí)物見(jiàn)圖4。高倍球機(jī)支持絆線入侵檢測(cè)、區(qū)域入侵檢測(cè)、穿越圍欄檢測(cè)、徘徊檢測(cè)、物品遺留檢測(cè),支持物品搬移檢測(cè)、快速移動(dòng)檢測(cè)、停車檢測(cè),支持人員聚集檢測(cè),支持人車分類報(bào)警,支持聯(lián)動(dòng)跟蹤等。

圖4 高倍球機(jī)實(shí)物

視頻支持優(yōu)選、支持抓拍、支持上報(bào)最優(yōu)的抓圖。支持機(jī)動(dòng)車檢測(cè)、非機(jī)動(dòng)車檢測(cè)、人體檢測(cè)、人臉檢測(cè)。具體如下。

a.機(jī)動(dòng)車屬性

包括車牌、車輛類型、車身顏色、車牌顏色、車標(biāo)、車系或年款、遮陽(yáng)板、安全帶,車內(nèi)人員吸煙、打電話,車內(nèi)飾品,年檢標(biāo)志等。

b.非機(jī)動(dòng)車屬性

包括類型、車身顏色、騎車人數(shù)、上衣類型、上衣顏色等。

c.人體屬性

包括衣服類型、衣服顏色、背包、帽子、性別等。

包括性別、年齡、表情、眼鏡、口罩、胡子等。

全景攝像機(jī)采用一體化機(jī)芯和高速云臺(tái)設(shè)計(jì),單產(chǎn)品即可同時(shí)提供全景監(jiān)控、特寫畫(huà)面和快速細(xì)節(jié)定位功能。全景畫(huà)面由4個(gè)傳感器拼接而成,全景畫(huà)面可支持關(guān)注區(qū)域畸變矯正。全景攝像機(jī)實(shí)物見(jiàn)圖5。

圖5 全景攝像機(jī)實(shí)物

全景攝像機(jī)支持絆線入侵檢測(cè)、區(qū)域入侵檢測(cè)。

視頻支持跟蹤、支持優(yōu)選、支持抓拍、支持上報(bào)最優(yōu)的抓圖。支持機(jī)動(dòng)車檢測(cè)、非機(jī)動(dòng)車檢測(cè)、人體檢測(cè)、人臉檢測(cè)。具體檢測(cè)內(nèi)容與高倍球機(jī)相同。

支持車輛密度檢測(cè),包括支持車輛密度分布、停車上限和車輛擁堵檢測(cè)報(bào)警功能。

支持人群分布圖檢測(cè),包括人群分布效果圖、全局人群密度、區(qū)域人群密度、區(qū)域人數(shù)統(tǒng)計(jì)、人群密度異常聯(lián)動(dòng)跟蹤。

樹(shù)葉、灌木葉等植物葉子使得圖像照度均值提升,從而促使高空攝像機(jī)降低光通量,導(dǎo)致觀測(cè)不到植物葉子間隙的目標(biāo)。另外,目標(biāo)和植物葉子對(duì)激光的反射率相當(dāng),使得從背景中提取目標(biāo)比較困難。為了更好地進(jìn)行智能視頻分析,高倍球機(jī)的設(shè)置盡量高且要避開(kāi)鐵塔以及線纜遮擋。

本項(xiàng)目高倍球機(jī)和全景攝像機(jī)均采用室外非屏蔽網(wǎng)線(UTP-Cat 6)與傳輸網(wǎng)絡(luò)相連。為通信設(shè)備、模塊化配線架實(shí)現(xiàn)快速互聯(lián),從而保證系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃?具有極低的損耗和較高的寬帶。

水稻幼苗期易出現(xiàn)立枯病，其主要癥狀是稻苗發(fā)黃并彎曲，生長(zhǎng)遲緩，抵抗力在較大程度上會(huì)有一定的降低，若出現(xiàn)其他病菌，會(huì)大大降低水稻成活率。引發(fā)此病的主要原因是低溫，立枯病易在低溫中生存，這就需要在進(jìn)行抗病防治時(shí)從溫度入手，水稻幼苗期需要控制生長(zhǎng)溫度，做好保溫工作，避免幼苗受低溫侵襲。水稻在出苗期至三葉期，一般情況下把溫度控制在25℃左右，保證水稻的抵抗力，三葉期后將水稻進(jìn)行有效實(shí)時(shí)通風(fēng)，以此能夠在較大程度上鍛煉尤其抗旱能力，以此降低立枯病發(fā)病率。

② 網(wǎng)絡(luò)層

傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)智慧燃?xì)夤芫€監(jiān)控系統(tǒng)中不同監(jiān)控設(shè)備和信息系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的互聯(lián)互通?；阼F塔的智慧燃?xì)夤芫€監(jiān)控系統(tǒng)利用高空攝像機(jī)等前端設(shè)備,采用專網(wǎng)傳輸?shù)教┠軝C(jī)房,機(jī)房?jī)?nèi)防火墻及各平臺(tái)服務(wù)器采用光纖連接,將采集到的信息集中分析,利用智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)處置。智慧燃?xì)夤芫€監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見(jiàn)圖6。

分組傳送網(wǎng)PTN是當(dāng)前業(yè)界為了能夠在傳送層更加有效地傳遞分組業(yè)務(wù),并提供電信級(jí)的運(yùn)行、管理、維護(hù)和保護(hù)而提出的一種分組傳送技術(shù)。PTN的結(jié)構(gòu)與同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)(Synchronous Digital Hierarchy,SDH)不同,PTN是以分組處理作為技術(shù)內(nèi)核,結(jié)合了分組技術(shù)與SDH和多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)(Multi- Service Transport Platform,MSTP)網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)的產(chǎn)物,在秉承SDH的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)的同時(shí),還可提供高精度的時(shí)間同步解決方案。

③ 基礎(chǔ)平臺(tái)

基礎(chǔ)平臺(tái)是一個(gè)依托于物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、地理信息等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的平臺(tái)即服務(wù)(Platform as a Service,PaaS)級(jí)公共基礎(chǔ)云服務(wù)平臺(tái),向下可接入分散的傳感設(shè)備和各類數(shù)據(jù)源,向上面向各行業(yè)應(yīng)用,提供物聯(lián)設(shè)備接入和管控、智能分析和算法管理、大數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)、空間位置計(jì)算等基礎(chǔ)性公共服務(wù),為在智慧城市、智慧城市軌道交通、智慧鐵路等領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和優(yōu)化升級(jí)提供共性基礎(chǔ)支撐。

④ 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要是通過(guò)利用前端傳感設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際需求,利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù),對(duì)傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算與分析,對(duì)圖像信息進(jìn)行數(shù)據(jù)提取,同時(shí)結(jié)合業(yè)務(wù)規(guī)則信息,快速發(fā)現(xiàn)傳感設(shè)備監(jiān)視區(qū)域內(nèi)的違法行為,并通過(guò)消息服務(wù)第一時(shí)間通知執(zhí)法人員,最終達(dá)到對(duì)違法事件的快速發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理。

⑤ 用戶端

登錄WEB瀏覽器主要包括智慧運(yùn)維和全域感知。智慧運(yùn)維包括集中告警、故障管理、圖紙資料、運(yùn)維專家知識(shí)庫(kù)功能。全域感知包括AI調(diào)度艙、AI視頻分析、智能監(jiān)控巡視、報(bào)警事件處置功能。監(jiān)控人員通過(guò)手機(jī)應(yīng)用程序可查看實(shí)時(shí)視頻,可實(shí)時(shí)接收、處理告警信息。

2.3 功能特點(diǎn)

① 自動(dòng)感知與全場(chǎng)景監(jiān)測(cè)

基于鐵塔的智慧燃?xì)夤芫€監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合鐵塔、AI云服務(wù)、AI監(jiān)控,促成新業(yè)態(tài)智能管道巡護(hù),提供了一種遠(yuǎn)距離、超視距監(jiān)控,做到了遠(yuǎn)程感知、遠(yuǎn)程操作、遠(yuǎn)程輔助的智能化服務(wù)。

智慧燃?xì)夤芫€監(jiān)控系統(tǒng)以鐵塔為基礎(chǔ)建設(shè),由架設(shè)的不同類型的光學(xué)傳感器采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸,根據(jù)時(shí)間、密集情況、遮擋情況等不同場(chǎng)景用相對(duì)應(yīng)的人工智能網(wǎng)絡(luò)做到快速識(shí)別圖像內(nèi)容,快速分析數(shù)據(jù)結(jié)果,快速響應(yīng)執(zhí)法流程,提升智慧監(jiān)控的可行性和使用價(jià)值。

② 萬(wàn)物互聯(lián)的智能傳感監(jiān)控

基礎(chǔ)平臺(tái)以傳感器接入和統(tǒng)一設(shè)備數(shù)據(jù)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)為核心功能,是整個(gè)系統(tǒng)的中樞。解決廠家設(shè)備數(shù)據(jù)差異,提供標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的設(shè)備監(jiān)控服務(wù)接口和海量設(shè)備穩(wěn)定、高并發(fā)、快速訪問(wèn)的設(shè)備接入管理服務(wù)。智慧燃?xì)夤芫€監(jiān)控系統(tǒng)支持海量不同解析協(xié)議的物聯(lián)設(shè)備接入,實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像機(jī)、廣播設(shè)備、定位設(shè)備統(tǒng)一接入,實(shí)時(shí)接收上報(bào)信息,統(tǒng)一下發(fā)控制命令。通過(guò)設(shè)置觸發(fā)規(guī)則,實(shí)現(xiàn)設(shè)備間聯(lián)動(dòng),有效將視頻監(jiān)控結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)定位和廣播聯(lián)動(dòng)起來(lái),達(dá)到自動(dòng)聲光告警驅(qū)離的效果。

③ 全方位可視化監(jiān)測(cè)地圖

空間位置作為基礎(chǔ)信息資源,需要基于地理信息系統(tǒng)(Geographical Information System,GIS)充分整合和挖掘,為智慧燃?xì)夤芫€監(jiān)控系統(tǒng)提供空間地理實(shí)體的數(shù)字化管理及可視化展示。

通過(guò)實(shí)地勘測(cè)鐵塔的位置,測(cè)算監(jiān)控范圍,系統(tǒng)能夠迅速定位告警位置,并進(jìn)行事件與執(zhí)法業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì),可以查看帶有具體標(biāo)號(hào)、準(zhǔn)確定位路段、觸發(fā)告警內(nèi)容的時(shí)間信息。

④ 視頻實(shí)時(shí)AI智能分析

基于人工智能技術(shù),提供基于視頻、圖片的分析算法服務(wù)倉(cāng),實(shí)現(xiàn)面向人員管理、車輛管理、安全防護(hù)、設(shè)備監(jiān)測(cè)等業(yè)務(wù)范圍的智能分析服務(wù)。通過(guò)服務(wù)配置中心模塊將所有服務(wù)的配置信息進(jìn)行集中化管理,具備動(dòng)態(tài)路由、請(qǐng)求限流、容錯(cuò)、服務(wù)監(jiān)控和日志記錄的功能[9]。

智能分析服務(wù)功能包含絆線入侵、區(qū)域入侵、人員聚集、停車檢測(cè)、徘徊檢測(cè)等20個(gè)智能分析服務(wù)。通過(guò)對(duì)挖掘機(jī)、鉆探機(jī)、打樁機(jī)、定向鉆等人員、車輛精準(zhǔn)識(shí)別,對(duì)逗留時(shí)間自動(dòng)計(jì)算,實(shí)現(xiàn)對(duì)盜氣和施工的主動(dòng)感知,主動(dòng)預(yù)警告警,提高監(jiān)控效率。

2.4 應(yīng)用效果

依托管道周邊的鐵塔,采用遠(yuǎn)距離晝夜監(jiān)測(cè)一體化攝像機(jī),利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)管道周邊的偷盜燃?xì)鈭?chǎng)景特征進(jìn)行智能監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)報(bào)警地點(diǎn)定位和出警任務(wù)派發(fā),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸氣管道進(jìn)行全天、高效率保護(hù)。

3 鐵塔應(yīng)用展望

通過(guò)開(kāi)放性、模塊化智能感知體系設(shè)計(jì),建設(shè)基于通信鐵塔的物聯(lián)傳感網(wǎng)絡(luò),形成全域柵格化網(wǎng)絡(luò)覆蓋,以物聯(lián)網(wǎng)智能感知和大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建大數(shù)據(jù)平臺(tái),推進(jìn)智慧行業(yè)建設(shè)?；阼F塔+5G+AI的鐵塔視聯(lián)平臺(tái),依托鐵塔獨(dú)特桿塔資源優(yōu)勢(shì)、全國(guó)統(tǒng)一可視可管可控化視頻監(jiān)控平臺(tái)以及AI、邊緣計(jì)算等技術(shù),廣泛應(yīng)用于環(huán)保、林草、農(nóng)業(yè)、國(guó)土、水利、交通、應(yīng)急等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、信息處理、數(shù)字孿生等數(shù)字化服務(wù),可實(shí)現(xiàn)綜合治理數(shù)字化。